毕业设计（论文）-厦门翔安海底隧道的防排水与注浆加固技术.docx

山东科技大学学生毕业设计（论文）摘 要全套图纸加扣3012250582随着我国经济社会的发展，今后几十年，要修建数条海底隧道。要在具有恒定高水头的海底修建隧道，防排水系统的合理性和可靠性是成功的关键，也是控制运营费用的主要内容。 本文以我国大陆地区第一条以钻爆法修建的海底隧道厦门翔安海底隧道为工程背景，以资料调研、现场调查等多种手段，对防排水原则，渗漏水治理等进行了研究，主要研究内容有： (1) 通过广泛调研国外海底隧道工程实例及国内的高水压山岭隧道及富水地区地铁隧道结构防排水设计，详细阐述了目前海底隧道防排水技术的研究方向以及主要的研究成果，提出海底隧道防排水研究的思路。 (2) 研究了海底隧道结构防排水原则、排放量标准，并给出了建立厦门翔安海底隧道防排水体系的建议。 (3) 对厦门翔安海底隧道的结构防排水技术中防水工程措施、排水工程措施、堵水工程工程措施、细部构造的处理以及防排水系统的耐久性进行分析和探讨。(4) 对各种注浆材料进行对比，选择合适的注浆材料，并且根据实际工程地质情况，布置合理的注浆孔，选择适当的注浆工艺和注浆参数。(5) 注浆后，对注浆效果进行及时的检验。 根据上面的研究成果，综合提出海底隧道防排水和注浆加固的综合技术、措施。关键词：海底隧道；结构防排水；渗漏水治理；注浆加固AbstractWith the development of economic society of our country, we will construct several subsea tunnels in decades to come. To construct tunnels submarine under constant high water head, rationality and reliability of waterproof and drainage system is the key to succeed and the main contents of control operating cost. Taking the first subsea tunnel XiaMen-XiangAn Sub-sea tunnel as the background, and with the method of data analysis, numerical simulation analysis and field investigation and so on, we do research on waterproof principles and treatment measures to leakage. The main research contents are listed as follows: (1) By investigating examples of subsea tunnels abroad widely and the design of structural water-proof technology for high hydraulic pressure mountain tunnels and subway tunnels in water abundant area of our country ,we detailed description research directions and research results of technology of water proofing and discharge in subsea tunnel nowadays, and put forward the framework of waterproof and drainage research; (2) The principle of structural water-proofing and draining technology for XiaMen-XiangAn Sub-sea tunnel was analyzed and discussed, and also the standard of water discharge. Some advice on the water proofing and discharge of XiaMen-XiangAn Sub-sea tunnel was given.(3) Research on the engineering measures of waterproofing, drainning and water plugging, the treatment of detail construction and the durability of water proofing and discharge system.(4) To compare a variety of grouting materials, choose a suitable grouting materials, and works in accordance with the actual geological conditions, a reasonable layout of grouting holes and select the appropriate technology and grouting grouting parameters.(5) After grouting, the grouting timely test results that do not meet the requirements for supplementary grouting grouting hole in time. According to the research results above, comprehensive technology and measures on waterproof and drainage and grouting reinforcement was put forward comprehensively.Keywords: Subsea tunnel, Structural waterproofing drainage, Leakage of water governance, Grouting reinforcement124目 录1 绪 论 1 1.1 研究目的与意义 1 1.2 国内外研究现状与进展 2 1.3 主要研究内容 72 工程地质概况 10 2.1 基本情况 10 2.2 水文与气象 11 2.3 地形地貌 112.4 地震 11 2.5 工程地质 12 2.6 水文地质 133 厦门海底隧道结构防排水现状分析 15 3.1 厦门海底隧道地下水调查 15 3.2 厦门海底隧道涌水量分析 18 3.3 厦门海底隧道防排水分析 254 厦门海底隧道结构防排水设计与施工组织 28 4.1 国内主要城市地铁隧道结构防排水设计施工调研 28 4.2 厦门海底隧道防排水原则的研究 35 4.3 防水体系设计与施工 39 4.4 排水体系设计与施工 465 厦门海底隧道注浆加固背景 48 5.1 海底隧道的不良地质状况 48 5.2 注浆加固的必要性 496 注浆加固机理分析 51 6.1 注浆扩散机理 51 6.2厦门海底隧道注浆加固机理分析 537 注浆材料、注浆参数、注浆工艺的确定与现场实施 55 7.1注浆材料的选择 55 7.2 注浆形式 59 7.3 注浆工艺及注浆参数 60 7.4 现场施工 668 注浆加固效果分析 70 8.1 注浆加固效果分析方法 70 8.2 注浆效果检验 739 专题设计 三煤巷道支护方案设计 76参考文献 91附录一Subsidence over harder rock tunnels 94附录二 硬岩隧道的沉降 109致 谢 1211 绪 论1.1 研究目的与意义在海底修建隧道的技术难题中，海底隧道结构防排水系统和注浆加固技术的合理性和可靠性尤其关键，因为海底隧道处在一个恒定无限补给的水环境中，合理的防排水系统和注浆加固技术不仅关系到隧道施工的安全，而且影响到工程的进度和投资、甚至方案的选择。在确定结构防排水设计原则时，须改变以往“以排为主，排堵结合”的治水方案，而采用“以堵为主”的治水方案。本文以在建的我国第一条海底隧道厦门翔安海底隧道为工程背景，紧密结合工程实际，研究了海底隧道结构防排水设计原则、排导式衬砌的排放标准、初期支护承受水压力能力、细部构造的渗漏水治理，具有突出的工程应用价值。在注浆加固的过程中，研究在全、强风化花岗岩地质条件下进行注浆的机理，并进行室内试验和现场注浆试验，通过试验研究提出在全、强风化花岗岩地层注浆加固可行性及相应的注浆工艺和参数。采取进行超前注浆加固，改良隧道周围围岩的土体，提高土体的承载力和自稳力，控制变形。同时为以后的注浆施工积累经验。鉴于以上分析，有必要结合实际工程对翔安海底隧道结构防排水与注浆加固技术进行系统研究，通过调研、理论和现场量测的研究，提出海底隧道地下水排放标准，不断优化混凝土施工工艺，提高防排水体系的质量，隧道建成后的排水量控制在设计范围之内，确保隧道的运营安全，降低维修费用，以保衬砌施工满足设计的要求，配合工程进度，提出阶段性研究成果，指导施工。此外，鉴于翔安隧道工程具有规模大，且政治、社会影响大等。为确实做到方案合理、方法可行、措施可靠、风险可控，保证施工安全、快速、优质，并确保出高质量科技成果，针对其施工技术难题和关键技术进行立项研究和攻关是十分必要的。1.2 国内外研究现状与进展1.2.1 国内外海底隧道防排水技术现状与发展鉴于海底隧道的工程处在一个恒定无限补给的水环境中，因此海底隧道防排水系统的合理性和可靠性是海底隧道成功修建的关键。由于厦门海底隧道是我国修建的第一条海底隧道，关于海底防排水与注浆加固技术需要借鉴国外海底隧道的成功经验。(1) 日本青函海底隧道 日本青函海底隧道穿过津轻海峡连接日本北海道的函馆和本州的青森，全长53.85km，其中海底部分长23.30km，陆地部分长30.55km。隧道在海面下最大埋深240m，其中水深140m，岩层平均埋深l00m。隧道通过地层为受到很大扰动的火山质岩石和中新统沉积岩，本州侧火山岩类安山岩等约占1/3，其它为凝灰岩、沉积岩层占2/3，海底中段为所谓“黑松内层”，北海道一侧为所谓的“训缝层”组成。岩石压缩强度：本州侧较坚硬为70MPa；北海道侧较软者为20MPa，较硬者为80MPa；海底中央部分，仅4MPa左右，其压缩强度为1.3MPa-1.9MPa。地下水为基岩裂隙水，突然性涌水多与断层带有关，并与海水有水力联系。水压值约为2.4MPa-2.6MPa。沿线路海底段约有9条较大的断层(Fl，F2，F10，F11，F12，F13，F14，F15，F50)，其它小断层每千米约有1-3处。 施工排水：青函海底隧道的排水设备是最重要的设备之一，隧道出水后，如何制止洞内水的上涨是最为重要的事情，青函隧道的做法是，首先在近堆积水泥袋构筑挡水壁，在不能奏效时，又在后方安设紧急用(金属)闸门，封闭闸门后立即在其后方9m处用水泥袋和混凝土修筑挡水壁。每次事故发生后，修复作业的第一个步骤是在涌水量保持稳定后，利用潜水泵进行排水。待水平面达到很低的位置时，则开始清除塌落的泥石，这一工作必须十分小心地进行，以防隧道内壁发生更多的坍落。 结构防排水：在有渗漏水的拱部衬砌背后、侧壁混凝土背后以及边墙混凝土背后集水并导入隧道中央的排水坑，每隔4-5m设一处。在喷混凝土与拱部混凝土间铺设防水板；拱部混凝土与侧壁混凝土联结处放置止水条。青函隧道在对衬砌混凝土进行耐海水性试验的同时，进行了密实性试验，以防止海水的渗漏。 注浆堵水：注浆范围取决于土质和渗水情况，其基本设想是使注浆带厚度延伸到松弛带外侧，一般注浆范围为毛洞洞径的2-3倍，海底段为3倍。每次注浆段长分三个阶段：第一个阶段为35m；第二阶段至50m；第三阶段至70m。然后开挖，预留20m为下一次注浆的工作面。注浆孔呈伞型辐射状，每孔承担三倍孔径范围的堵水效能。注浆材料采用具有良好渗透性的水玻璃和超细高炉矿渣水泥。注浆终压为6-8MPa，采用可自动调节水泥乳剂和水玻璃配料比的复式控制注浆泵。(2) 广州地铁结构防排水设计调研广州地铁一、二号线已经建成通车，本次我们主要针对五号线进行调研。五号线首期工程西起芳村的潜口站，东至黄埔的文冲站，从东往西依次设置24座车站。其中洛口站和大坦沙站为高架站，其余为地下站。广州地区地下水丰富，五号线线路沿线在洛口至中山八路一带，第四系砂层发育，地下水丰富且与珠江河水有水力联系；在石灰岩溶洞分布范围，裂隙溶洞水富水性和透水性均较好。在越秀山西侧广从断裂所控制的石灰岩分布范围，石灰岩溶蚀裂隙富水性和透水性均较好。车限南至东圃、三溪至鱼珠、大沙地东至文冲段，第四系砂层发育，地下水较丰富。 设计原则和标准广州地铁五号线工程地下结构的防水设计明挖工点及矿山法工点均遵循“以防为主、刚柔相济、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则，强调结构自防水为主。车站主体结构、出入口通道及机电设备集中布置等位置的防水等级为一级，结构不允许渗水，结构表面无湿渍。车站的风道、风井、联络通道及区间隧道防水等级为二级，结构不允许漏水，结构表面可有少量湿渍，但总湿渍面积不应大于防水面积的6/1000，任意l00m2防水面积上湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2。 结构防水措施矿山法车站的主体(包括车站、通道、风道等)及矿山法区间的主体结构必须采用防水混凝土结构，并设置全包附加防水夹层。采用矿山法施工的隧道二次衬砌采用抗渗等级不小于S8的自防水混凝土，在初期支护与二次衬砌之间设置全包防水层，防水层一般采用抗拉强度高、断裂伸长率大的塑料防水板，厚度不得小于1.5mm。铺设防水层前需在喷射混凝土初衬表面铺设缓冲层，缓冲层采用单位质量不小于400g/m2的土工布。隧道在仰拱部位设2层土工布保护层，水平施工缝设镀锌钢边止水带，并设置带可重复注浆的注浆管，拱顶、拱腰和仰拱均每隔一定距离设置注浆管。车站尽管采用全包防水层，但沿纵向每隔一定距离设有排水管以排除有可能渗入防水板与二次衬砌之间的水，这样可以极大地减小施工缝处的渗漏。加强初支的抗渗能力，进行系统注浆，形成初道止水帷幕。铺设防水层的初期支护表面不得有明水流，否则应对喷射混凝土初衬背后进行注浆堵漏处理或表面刚性封堵处理；底板喷射混凝土基面上如有积水，可在初支表面的最低处设置排水盲管进行引排。施工缝、变形缝防水采取多道防线。环向施工缝浇注混凝土前，应将其表面凿毛、清理干净，涂刷水泥净浆或混凝土界面处理剂并及时浇注混凝土。水平施工缝浇注混凝土前，应将其表面浮浆和杂物清除、先铺净浆，再铺24mm厚的1：1水泥砂浆或涂刷混凝土介面剂，并及时浇注混凝土。施工缝中部设置镀锌钢板，并设置带可重复注浆的注浆管，同时环向施工缝在拱顶及边墙部位设置接水槽。变形缝处除辅助外防水层，另设置三道各自成环的止水措施：变形缝外侧设置外贴式止水带；变形缝中部设置带注浆管的橡胶止水带(中心带气孔型)，形成一道封闭的防水线；变形缝处拱部及边墙内侧设置不锈钢接水槽，将少量渗水有组织地引入车站车沟并排入车站废水泵房，底板内侧嵌填聚硫密封胶。暗挖车站设置分区防水：采用环向和纵向防水分区及注浆防水系统，环向和纵向施工缝分别用背贴式止水带进行分区，纵横背贴式止水带相交时应采用预制好的“十”字型接头。所有环向施工缝和变形缝均设同规格外露接水槽。同时在每个区域内预先设置可重复注浆的注浆管，可针对局部漏水区域进行二衬与附加防水层之间的注浆堵水。辅助排水措施，在附加防水层与二衬混凝土之间设置排水软管，并在二衬混凝土上预留排水孔，以引排渗漏到附加防水层和二衬混凝土之间的少量渗水。1.2.2 国内外注浆技术现状与发展目前，国外已成功的修建了多条海底隧道，已发展了很多成熟的施工技术，积累了丰富的经验，注浆技术也得到了广泛的应用，但是在特殊复杂地质条件下修建隧道仍要面临诸多困难。较为典型的日本青函隧道，施工中曾遇到四次大的突水、突泥，采用注浆的方法处理并通过。国内尚未有采用钻爆法修建海底隧道的先例，但类似厦门东通道复杂地质条件的山岭隧道采用钻爆法已成功的修建数条，较著名的有大瑶山隧道、园梁山隧道、南岭隧道、军都山隧道、广州白云山隧道等。其中，大瑶山隧道全长14.295km(双线)，隧道部分处于区域性大断层带，涌水量很大，以DK1994+819和DK1994+812为例，其涌水量分别为500m3/d和1521m3/d，单孔涌水量为678.9m3/d，射程6m。在开挖中采用周边浅孔预注浆、管棚支护、围截注浆等堵水加固措施通过。由于大瑶山隧道困难地段补给源远、强富水、并且埋深大、地压大、水压大、来水快、易失稳坍塌。原设计通过F9断层采用深孔全断面预注浆堵水及加固围岩，因深孔全断面预注浆在破碎岩层中钻进方式按前进式，每一注浆段需重复钻注若干次，这种方法钻孔工作量大，尤其在钻下料孔时，不但工效低且成孔困难，现场根据实际情况改为管棚和超前钢支撑支护，改深孔全断面预注浆为周边浅孔预注浆，尤其在断层泥段还增加了型钢支撑灌注砼的支护、施作临时仰拱等综合处理措施，地层条件明显改善。涌漏水基本堵住(堵水率90%以上)，施工中未发生涌水、坍方。大瑶山隧道F9断层注浆实践证明，注浆措施用于处理涌水、软弱围岩加固是可行的，效果明显。目前正在施工的渝怀线圆梁山隧道，全长11.068km，隧道最大埋深800m，隧道进口端毛坝向斜高压富水区DK353+200-355+400段，长2200m施工中揭示出五个溶洞体构造，隧道正常涌水量55000m3/d，最大涌水量83000m3/d，个别突泥段涌泥量达4200m3/d，测得的静水压力高达3.5MPa。在掘进及溶洞的处理过程中，虽然遇到了非常大的困难，但通过大范围的注浆(6个工作面同时采用大流量、高压注入特种注浆材料)的方法成功通过。通过大量的工程实践表明，注浆堵水加固围岩是软岩隧道施工常用的技术。随着注浆技术的发展，已形成集高分子化学、土木建筑、土力学、机械、自动化技术、现代测量技术、计算机技术等多学科为一体的新兴的交叉应用学科。越来越多的实践表明：在工程地质和水文地质较复杂的地下工程中，注浆工法的应用，已成为保证工程质量和施工安全的经济而有效的新型技术。这项技术目前在我国尚处于发展阶段，在具体工程中，尚需针对性的进行注浆方法的选择、注浆性能指标的确定、注浆设备和注浆工艺参数的优选、注浆质量的控制以及注浆效果的检测等工作。1.3 主要研究内容1.3.1 厦门翔安海底隧道结构防排水现状分析厦门海底隧道是我国第一条海底隧道，规模宏大，其成功建设对推动我国海底隧道的发展意义深刻。目前厦门海底隧道的渗漏水现象较为严重，造成隧道渗漏水的原因复杂，与许多因素有关。目前厦门海底隧道的渗漏水主要集中在施工缝处，在纵向施工缝处更严重些。我们经过分析认为，要彻底改善目前海底隧道的渗漏水问题，需要从设计、施工、管理以及科研等多方面入手，综合考虑。1.3.2 厦门翔安海底隧道结构防排水设计与施工组织针对目前海底隧道存在的渗漏水严重现象，在北京地铁调研经验的基础上提出了一些初步建议，本次我们在大量调研的基础上进行分析，针对厦门海底隧道实际情况，提出如下建议。(1) 应充分重视围岩的注浆堵水作用，施工期间的围岩注浆堵水作为隧道防水的第一道防线，应当摆在最重要的位置。(2) 应做好初期支护的防水，施工期间初期支护应承受全部地层压力和水压力，初期支护的防水质量要过关，在初期支护渗水严重时，不能急于做二衬，应先进行初期支护背后注浆，待渗水问题解决并经过验收合格后再进行下部工序。(3) 不论采用哪种塑料防水板，在施做防水板之前一定要先铺无纺布，按照公路隧道设计规范要求，无纺布密度不小于300g/m2 ，北京地铁使用的都是密度400g/m2的短纤无纺布。(4) 应设计完备的排水系统，目前厦门海底隧道在弱、微风化层采用排导衬砌(围岩k=110-5cm/s)，在全、强风化层采用封堵衬砌(围岩k=510-5cm/s)，是合理的。(5) 提高二衬混凝土的自防水性能，由于不设全包防水层，对二衬自防水的要求就更高，因此，一定要采取切实有效的措施提高二衬混凝土的抗裂性能。(6) 做好防水封闭点的设计施工，由于目前厦门海底隧道在全、强风化层地带并未设全包防水层(仰拱不设)，因此，在防水板铺设的终点就出现了一个需要重点考虑的防水设计点，我们将其称为防水封闭点。(7) 加强施工过程中的各项检查，如混凝土灌注前对防水板的完好性进行检查，对止水带的预埋位置是否准确进行检查。对于膨胀止水条，一定要在浇筑前检查止水条是否已遭受雨水、地下水或其他水源的浸泡。(8) 施工中应加强端头摸板的刚度和强度。1.3.3 注浆加固机理的研究 机理研究的重点是在全强风化花岗岩地层条件下浆液渗透的可能性和在土体的注入状态，浆液在土层中形成的复合土的强度特性和地层自身的强度变化，弄清在此类地层中注浆加固的机理，探明有加固作用的浆液的特性，从而得出此类地层注浆可能得到的浆液结石体在岩层中的固结范围和固结方式。1.3.4 注浆参数、工艺、材料与现场实施的研究在全、强风化花岗岩地层的注浆，有一定难度，其工艺和材料都具特殊性。首先，工艺上宜采用中压、短进尺、孔间距不宜过大注浆较为有利。在选择浆材时，不宜单纯强调颗粒的细度，确需多方考虑。材料不仅可注性要好，还要有一定的早期强度，注浆材料中以HSC特种灌浆材料为首选，其次是普通水泥，最后可选超细水泥。在注浆工艺上采用密排，在隧道施工中还应采取及时的支护措施，同时应辅以管棚注浆等综合措施，开挖后及时衬砌，前方掌子面应及时封堵，施作止浆墙，为下一循环的管棚、注浆作准备。注浆压力考虑应以中压为主，以静水压力的2-2.5倍为限，不宜过高，避免过多的扰动地层。1.3.5 注浆加固效果分析根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，可采取分析法即结合注浆过程中P-Q-t曲线分析及反算注浆后地层的浆液填充率判断注浆效果。选择可能出现的薄弱环节进行钻孔取芯检查，若达不到注浆效果应进行方案调整、补充设计和补孔注浆。2 工程地质概况2.1 基本概况厦门翔安隧道位于厦门岛东北端的湖里区五通村与对岸同安区西滨村之间，呈北东向展布，是我国第一条海底隧道，是一项规模宏大的跨海工程，对我国隧道建设技术的进步和发展，缩小与世界先进水平的差距将起到里程碑式的作用。该隧道是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道，兼具高速公路和城市道路双重功能，是厦门市公路骨干网规划中的重要组成部分，是厦门岛连接大陆的第三条通道，厦门翔安海底隧道的建设将会对厦门市经济的发展、尤其是厦门市东部地区的经济发展起到重要作用。厦门翔安(海底)隧道是厦门岛东部进出岛公路通道工程，工程全长8.695km，其中海底隧道段长约5.95km，是中国大陆地区第一座海底隧道，工程概算约31.97亿，预计工期4年。工程场区以燕山早期花岗岩及中粗粒黑云母花岗闪长岩为主，穿插辉绿岩、二长岩、闪长玢岩等喜山期岩脉。总体地质条件较好，主要不良地质现象包括隧道两端洞口陆域和浅滩段全强风化花岗岩层，海域F1、F2、F3三处全强风化深槽以及F4全强风化囊。本隧道设计为带服务隧道的三孔隧道形式，设双向六车道，计算行车速度80km/h，最大纵坡3%，隧道最深点高程约-70m(该处海底面高程约-22m)。沿线设通风竖井两道，车行横洞5处，人行横洞12处，各横洞间距为300m。主洞隧道测设线间距为52m，中间设置服务隧道，三隧道内轮廓净间距为22m。主洞隧道采用马蹄形断面形式，建筑限界净宽为13.50m，净高为5.0m，隧道建筑内轮廓断面面积为122.09m2。服务隧道采用似圆形断面形式，洞室上部为检修车辆兼逃生空间，洞室下方设置供水自来水管道和22万伏特高压电缆，建筑内轮廓断面面积为30.91m2。本隧道主体结构按100年基准周期设计耐久性。衬砌设计采用全封闭与局部限量排放相结合的方案，即全、强、弱风化、断层破碎带地段采用全封闭方案，海底微风化地段采用限量排放方案。根据详勘资料，左、右线隧道和服务隧道穿越海域风化花岗岩深槽(囊)的宽度分别为109.8m、135.2m和115.8m。本隧道采用钻爆法施工，服务隧道超前开挖，并充分发挥其作为超前地质预报的作用。两端洞口陆域和浅滩全强风化段的主要施工措施为：洞口采用超前大管棚支护，注浆止水，洞内超前注浆小导管支护，主洞采用双侧壁导坑法开挖，服务隧道采用上下台阶法开挖，必要时采用轻型井点降水方案。海域段风化深槽的施工方案主要考虑注浆止水与围岩加固相结合，采用全断面(帷幕)超前预注浆配合长短结合的超前注浆小导管辅助施工措施进行处理。2.2 水文与气象厦门海域为正规半日潮，平均潮差3.92m，最大潮差6.92m，平均海平面-0.32m(黄海高程)。场区海域最大海水深约29m。厦门地区属亚热带海洋性气候，年均气温20.8oC7-9月为台风季节，风力7-10级，最大可达12级，最大风速60m/s。2.3 地形地貌工程场址位于厦门岛东北侧，地貌单元属闽东南沿海低山丘陵滨海平原区。场址区陆域为风化剥蚀型微丘地貌，海岸带为海蚀海岸及堆积海滩地貌；两岸地势开阔平坦。五通岸多为侵蚀海岸，海滩多礁石，西滨岸为堆积海岸，海滩宽阔，滩面被浮泥覆盖。2.4 地震场址位于我国东南部地震活跃带内，根据地震安全评价报告，本区域地震动峰值加速度：50年10%超越概率为0.15g(相当于地震基本烈度度)，100年10%超越概率为0.20g ，反应谱特征周期0.40s。2.5 工程地质厦门海底隧道工程区域基岩以燕山早期第二次侵入的花岗闪长岩及中粗粒黑云母花岗岩为主，海域及五通岸为花岗闪长岩分布区，翔安侧潮滩及其以北地带为黑云母花岗岩分布区，其内穿插二长岩、闪长玢岩、辉绿岩等岩脉，脉宽一般不足1m，个别部位宽达10-20m。基岩按风化程度可分为全、强、弱、微四个风化带，局部发育风化深槽，对隧道有较大影响。厦门海底隧道行车主洞ZK12+425-ZK12+390段在开挖过程中揭露的围岩为粘土-砂土，地层含水量很大，自稳能力差，自隧道开挖以后该里程段就开始持续下沉，下沉速率惊人，有些点下沉速率甚至达到10mm/天。累计沉降值有些测点更是超过了500mm，左线隧道里程ZK11 + 802-ZK12 + 050穿越砂层，砂层厚度1. 2-13. 5 m，左线隧道左侧：砂层在- 11- 21. 85 m间，其中ZK11 + 854-ZK12 + 050里程段共计196m侵入隧道开挖作业面，ZK11 + 810-ZK12 + 854和ZK12 + 050-ZK12 + 060里程段共计54 m开挖面全风化花岗岩顶板很薄，有的不足1 m厚；左线隧道右侧：砂层在- 11. 78 - 26. 95m之间，其中ZK11 + 790-ZK11 + 945里程段共计155m侵入隧道开挖作业面，侵入砂层厚度0-6m不等，ZK11 + 930-ZK12 + 084里程段共计154m顶板厚度不足1m既是砂层。砂层富水性强，渗透性好，为良好的含水层，直接接受海水补给，具有承压性。富水砂层段原始地貌属于潮间带海滩，为含泥质的砂滩，向海域倾斜。地层由上而下依次为第四系人工填筑层、海相沉积层淤泥、冲洪积粘土、砂层、下伏燕山早期黑云母花岗岩。工程场区总体地质条件较好，主要不良地质现象包括：隧道两端洞口段全强风化花岗岩层，海域F1、F2、F3三处全强风化深槽，海域F4全强风化囊。全风化花岗闪长岩及黑云母花岗岩一般呈棕黄-灰黄色，含灰白色及褐色斑点，岩体已呈砂质粘土或砂质亚粘土状；其厚度主要取决于其顶部受剥蚀程度，两岸普遍较厚，一般为10-30m，海域变化很大，浅海区及五通岸潮滩区该风化带几乎被冲刷剥蚀殆尽，但构造破碎带内仍可达30m右。花岗闪长岩及黑云母花岗岩强风化带呈棕黄-灰黄色，从上至下一般由砾质粘性土 泥质砂砾石土 稣脆岩体过渡，中下部常有大小不等的弱微球状风化残余体；辉绿岩、闪长岩、闪长玢岩等脉岩强风化带为棕黄色，呈坚硬土-极软岩状。强风化带分布于全风化带下，但海域缺失全风化岩体处往往还有强风化岩体，故强风化带分布范围比全风化带广，该风化带顶界高程一般低于-10m，厚度一般小于15m，构造破碎带内可达30m以上；在个别风化深槽内，其底界可深至 -70m以下。为了确保隧道施工时安全穿越海域不良地质地段，对海域风化槽与风化囊进行了专题研究。研究内容包括：分布状况、岩体力学性质、渗透性能、渗水状况等，主要结论如下：(1) 风化槽的组成物质保持了原岩结构，为全、强风化花岗岩。(2) 岩土体总体上属弱-微透水层。风化槽全-强风化带岩体渗透系数为10-6m/s级；弱风化带岩体渗透系数为10-7m/s级2.6 水文地质 根据地下水含水层所处位置及其不同的赋存形式，工程范围内地下水分为松散岩内孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水、基岩裂隙水三种。工程范围内砂层中的孔隙水可视为陆域地下水与海域地下水之间的过渡带，受潮汐影响，各含水岩层的地下水均具承压性。陆域地下水分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水、基岩裂隙水三种，均为潜水。渗透性较差，属于弱或微含水层。地下水主要受大气降水的补给。地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性、对钢结构具弱腐蚀性。海域地下水分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水及基岩裂隙水三种，总体上富水性弱，水量主要受构造控制，具明显分带性，渗透性较差，为弱或微含水层。地下水主要受海水的垂直入渗补给。地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。3 厦门海底隧道结构防排水现状分析3.1 厦门海底隧道地下水调查3.1.1 厦门海底隧道地下水分类厦门翔安海底隧道所处的环境的地下水主要有：陆域地下水分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水、基岩裂隙水三种，均为潜水。其中松散岩类孔隙水赋存于第四系残积层中，风化基岩孔隙裂隙水赋存于基岩全、强风化层中，基岩裂隙水赋存于弱微风化基岩的风化裂隙及构造裂隙中。陆域地层中除可能存在的富水性好的基岩破碎带外，均为弱富水.渗透性较差，属于弱或微含水层。陆域地下水主要受大气降水的补给，就近向低洼地段排泄，总体上属于潜水。海域地下水分为松散岩类孔隙水、风化基岩孔隙裂隙水及基岩裂隙水三种，其中松散岩类孔隙水赋存于第四系全新统海积层中。风化基岩孔隙裂隙水赋存于基岩全一强风化层中，基岩裂隙水赋存于弱微风化基岩的风化裂隙及构造裂隙中；海域地层中除海积的砂层(主要赋积在K10+90以东西滨滩涂地段)及可能存在的富水性好的基岩破碎带外，总体上富水性弱，渗透性较差，为弱或微含水层；海域地下水主要受海水的垂直入渗补给。3.1.2 地下水对隧道工程的不良影响当围岩为软弱岩体时，地下水对软弱围岩的影响比对完整性较好的硬岩的影响更为显著。软弱岩石(体)在地下水的作用下更容易发生软化或泥化，从而降低岩石(体)的强度，使得岩石(体)处于非常不稳定的状态，易产生塑性变形或者崩解，引起塌方。对破碎的围岩来说，由于围岩中饱含地下水，裂隙水压力增大，增加了围岩，尤其是隧道拱部围岩的自重荷载，更增大了破碎围岩发生塌方的可能性。在弱胶结的砂岩和断层带的糜棱岩中，由于地下水的活动，可能产生流砂和潜蚀，易形成泥砂石流状的塌方，对施工影响很大。3.1.3 侵蚀性地下水对隧道衬砌结构的不良影响地下水对隧道结构的影响除了包括地下水可能产生较大的浸水压力、动水压力之外，侵蚀性地下水对隧道结构的影响也不可忽视。由于混凝土是多孔的、固液气三相共存的非均质材料，其所处环境的某些侵蚀性物质很容易通过地下水渗流进入混凝土内部，与混凝土、钢筋发生各种物理、化学反应，从而引发混凝土的破坏，影响混凝土结构的耐久性。化学侵蚀作用主要是由隧道围岩环境中的侵蚀性地下水引起的，主要表现为地下水中溶解的某些矿物质离子或化合物与混凝土发生化学反应及相应的物理化学作用。可以说没有地下水，也就没有侵蚀性病害。侵蚀性地下水所含的侵蚀性物质多种多样，其对隧道结构的侵蚀作用和侵蚀机理也不相同。主要类型有(1) 硫化物型隧道围岩中存在的硫化物及其组合与地下水中的氧气起化学反应，产生硫酸，形成侵蚀性地下水。硫化物是自然界最常见的矿物之一，目前已经发现300多种天然硫化物，其中最常见的有黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等。硫化物及其组合可以产生于三大岩类中的任意一种。硫化物与地下水的反应机理为：硫化物+氧气+水，金属氧化物+硫酸。硫酸对金属等具有腐蚀性，也可以混凝土中的水泥化合物起反应，生成新的硫酸盐。其体积一般比原体积大，即生成具有膨胀性的盐类。(2) 硫酸盐型隧道围岩中存在的硫酸盐及其组合与地下水作用，通过直接或者间接侵蚀两种途径对隧道衬砌结构产生侵蚀作用。自然界能与地下水反应形成侵蚀性地下水的硫酸盐矿物主要有石膏、硬石膏、芒硝和泻利岩等。其中以石膏一硬石膏较为常见。 直接侵蚀作用：对于溶解度较大的硫酸盐矿物，其侵蚀性主要表现为硫酸盐溶解产物与水泥的水化物反应，生成膨胀性盐类，或所生成的盐类与其它水泥水化产物反应，生成新的膨胀性盐类，如含芒硝的岩层；对于溶解度较小的硫酸盐，其侵蚀性主要表现为与水泥水化产物反应，生成膨胀性盐类，如含石膏、泻利岩的岩层。 间接侵蚀作用：主要指硬石膏盐层或含硬石膏岩层，由于隧道开挖使其周围压力减小，与围岩中的地下水作用，生成石膏而体积增大，对隧道衬砌结构的混凝土和钢筋混凝土产生间接侵蚀作用。(3) 氯化物型指隧道围岩中的氯化物及其组合中镁离子与水泥的水化产物一氢氧化钙反应，生成难溶的氢氧化镁，从而降低混凝土的碱度，加速混凝土的其它形式侵蚀作用。另一方面，也指氯化物中的氯离子衬砌钢筋的锈蚀过程。(4) 碳酸型当地下水的二氧化碳溶解量较高时，生成的碳酸与己经发生碳化的混凝土作用，生成易溶解的碳酸氢钙，从而降低的混凝土的碱度，加速混凝土的其它形式侵蚀作用。(5) 组合型组合型侵蚀性地下水指围岩中存在两种或两种以上上述类型的矿物及其组合。最常见的是硫化物一硫酸盐型和硫化物碳酸型等。总之，在隧道勘测设计阶段，必然要涉及到隧道的防排水问题，并要考虑是否存在产生侵蚀性地下水的地质条件。这时，从地质的角度认识可能产生侵蚀性地下水的物质基础或条件，往往是最有效和最经济的方法，这也是正确的进行防排水设计和施工的前提条件之一。3.1.4 地下水对隧道运营环境的不良影响地下水通过衬砌裂缝、施工缝、变形缝等薄弱部位进入隧道内部后，会对隧道运营环境造成影响。(1)隧道内部环境潮湿，给人以不舒适的感觉。(2) 恶化隧道行车环境，造成路面湿滑，降低汽车轮胎与地面的摩阻力，影响行车安全：隧道内部的水雾也使得空气能见度降低，给行车造成威胁；在寒冷地区，当引发冻害时，对行车环境的影响更为严峻。(3) 对隧道内的电气设施造成不良影响。渗漏水将影响隧道内安装的各种电气设备，降低它们的使用效率与使用寿命，增加对它们的维护费用。同时，隧道渗漏水可能引发火灾等其它灾害性事故。3.2 厦门海底隧道涌水量分析目前，国内外对于隧道涌水量预测的方法众多，均具有一定的理论与实际工程依据，其中较为公认并运用较多的主要有地下水动力学法、水均衡法、比拟法等，其中以地下水动力学法运用较普遍。水均衡法主要适用于陆域隧道，本隧道主体工程主要在海面以下，故不能应用；海底隧道在国内尚无先例，比拟法也难以应用。因此，本工程隧道涌水量预测选用地下水动力学法。3.2.1 隧道涌水量计算公式对于隧道涌水量计算公式，各种不同的规程、规范中推荐较多，使用时必须结合工程实际情况进行合理选取，方能得到较准确可靠的结果。针对本研究区水文地质条件及工程特性，经综合分析，该隧道涌水量的计算公式分别按陆域、海域、明挖、暗挖选用。(1) 陆域陆域地下水赋存于弱含水层中，可视作隧道位于半无限含水层中。 明挖隧道 计算公式选用地下铁路、轻轨交通岩土工程勘察规范1中推荐的公式。Q =lk(2H-s)s/R+1.366k(2H-s)s/(lgR lgB/2)式中，Q涌水量/m3/d；l基坑长度/m；H含水层中原始静水位至隧道底板的距离/m；k渗透系数/m/d；B基坑宽度/m；R影响半径/m，R=2sHK；s设计水位降深/m。 暗挖隧道陆域暗挖隧道在施工初期涌水量最大。随着施工时间的递增，涌水量逐渐减少，存在经常涌水量和递减涌水量的问题，根据铁路工程水文地质勘察规程2其最大涌水量和经常涌水量的计算公式为：q0=2Km(H-r)/ln4(H-r)/d(大岛洋志公式)式中，q0隧道单位长度的可能最大涌水量/m3/d；K渗透系数/m/d；H含水层中原始静水位至隧道底板的距离/m；r隧道洞身断面的等价圆半径/m；d隧道洞身断面的等价圆直径/m；m转换系数，一般取0.86。(2) 海域海域隧道位于半无限含水层中，地下水直接接受海水的定水头入渗补给，施工前期的最大涌水量与施工中的经常涌水量基本一致，其最大涌水量的计算公式为q0=2K (H-H0)/ln(4h/d-1)式中，q0单位长度隧道的涌水量/(m3/dm)；k隧道外含水岩层的渗透系数/(m/d)；H隧道等价圆中心至静止水位的距离/m；H0隧道内排水沟设计水深/m；h隧道底面至水底面的距离/m；d隧道断面的等价圆直径/m。3.2.2 计算条件(1) 根据设计断面，隧道洞高12m，洞宽14m，等价圆直径为13m，按高程15m进行分级。(2) 陆域隧道按出口以外明挖，其余暗挖分段计算，其中明挖段开挖深度不大，按隧道底宽14 m，坡面垂直计算。(3) 隧道内排水沟设计水深为零。(4) 海域海水位设为略高于百年一遇水位，取5m；陆域地下水静止水位设为略低于地面高程。(5) 由于本文所获取的水文地质参数有限，也考虑到计算的简便，分段涌水量的预测未考虑左、右洞同时施工时的相互影响问题，采用单独分开预测的形式。(6) 按前述预测条件，把隧道左洞分为21段，其中陆域7段，海域14段；右洞分为22段，其中陆域7段，海域15段。对于水文地质参数，根据该工程水文地质勘察资料，其有关参数建议值如表3-1。表3-1 水文地质参数分区岩土名称渗透系数K/m /d备注陆域残积土、全风化0.95残积土、全风化0.90海域全、强风化0.05弱、微风化0.13风化深槽弱、微风化0.002弱、微风化0.013.2.3 分段涌水量预测计算根据以上计算公式，陆域明挖隧道分段最大涌水量计算